通信線路施工圖自動(dòng)分幅方法與實(shí)現(xiàn)

黃子雄 黃樹賢

(廣州杰賽科技股份有限公司 廣東 廣州 510310)

0 引 言

傳輸線路勘察設(shè)計(jì)工作輸出的圖紙成果中，比較核心的一份是線路施工圖。線路施工圖是設(shè)計(jì)方交給施工方進(jìn)行通信線路工程建設(shè)主要的圖紙。通信線路圖的制作一般采用CAD軟件，以CAD矢量格式繪制，完成后需要打印輸出到紙張裝訂。通信線路的施工圖整幅尺寸通常很大，如用高于比例尺1∶10 000進(jìn)行縮小打印輸出，就不能清晰看到設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，這就使得施工圖紙?jiān)诖蛴≥敵鰰r(shí)需要先對圖紙進(jìn)行切圖分幅，再按順序打印。實(shí)踐中打印輸出一般使用1∶3 000到1∶8 000比例尺，輸出到A3、A4、A5等尺寸的紙張上。設(shè)計(jì)人員除了完成線路施工圖的設(shè)計(jì)繪制外，需要花費(fèi)大量的時(shí)間，對繪制好的整幅施工圖紙進(jìn)行切圖分幅。為求達(dá)到每幅圖紙符合格式、大小、美觀等交付要求，設(shè)計(jì)人員需要在CAD矢量圖上反復(fù)進(jìn)行圖紙?jiān)乜蜻x、復(fù)制、粘貼到打印圖框、調(diào)整圖框等操作。同時(shí)還需調(diào)整每個(gè)打印圖框的順序及打印圖框的順序信息，使打印按正確的順序打印輸出，步驟繁瑣，非常耗費(fèi)時(shí)間精力，效率低下。

鑒于此，本文提出了一種基于CAD軟件的擴(kuò)展功能，對CAD矢量格式施工圖自動(dòng)分幅切圖的方法，從而免除繁瑣的手工操作，可以快速、準(zhǔn)確地對通信線路施工圖紙進(jìn)行自動(dòng)切圖分幅。同時(shí)，本文還探討研究了該方法在AutoCAD軟件上的具體實(shí)現(xiàn)。

1 自動(dòng)分幅切圖基本步驟及原理

1.1 自動(dòng)分幅出圖技術(shù)基礎(chǔ)

要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分幅，實(shí)際上是通過編寫程序擴(kuò)展原CAD軟件功能，使CAD繪圖軟件能根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則、算法對大幅矢量圖進(jìn)行切圖分幅，再套到預(yù)置有打印格式的打印圖框上，最后對每幅切圖的順序信息按打印序列進(jìn)行設(shè)置。目前CAD軟件普遍都具備二次開發(fā)的支持能力，尤其以管線施工圖最常用的設(shè)計(jì)軟件AutoCAD為例，它支持Lisp、C、C++、VBA、C#等多種開發(fā)語言，并提供豐富的擴(kuò)展手段。自R17版本后，AutoCAD提供了對Mircosoft.NET架構(gòu)非常全面的支持。使用Mircosoft.NET框架的任何一種語言，均可以對AutoCAD的各項(xiàng)功能進(jìn)行全面的控制，采用面向?qū)ο蟮腁PI可以訪問、控制、管理CAD矢量圖的各種元素對象，是非常理想的AutoCAD二次開發(fā)方式。

1.2 施工圖路由走向識別設(shè)置

通信線路施工圖的內(nèi)容繪制時(shí)，主要由路由節(jié)點(diǎn)、連線、附著物及周邊環(huán)境等的矢量圖元元素組成。其中路由節(jié)點(diǎn)(如機(jī)房、電桿、手井、光交箱等)，在實(shí)際施工圖中會(huì)通過CAD圖元的屬性被標(biāo)上從小到大的位置編號，這樣就可以確定線路起始點(diǎn)、終點(diǎn)(包括分叉)的方向，從而確定施工圖的路由走向。

進(jìn)行二次開發(fā)擴(kuò)展自動(dòng)化功能時(shí)，程序代碼可以訪問到每個(gè)圖元及它的位置屬性，獲得位置編號，這樣就可以實(shí)現(xiàn)分幅切圖后打印次序的確定及順序信息的生成。

1.3 自動(dòng)分幅出圖實(shí)現(xiàn)方法

1) 通過整幅施工圖上下左右頂點(diǎn)獲得一個(gè)包含所有CAD矢量元素的平面矩形，定義名稱為源施工圖CAD矢量圖矩形(下稱源圖矩形)。

2) 通過要輸出打印的紙張大小，確定打印圖框大小，并可確定此打印圖框上用于展示矢量圖的有效展示區(qū)域，程序以此展示區(qū)域的大小生成一系列小矩形，定義名稱為截圖框，并給予編號以進(jìn)行排序識別。

3) 不斷復(fù)制截圖框并從左上頂點(diǎn)開始，從左到右、從上到下，平鋪到源圖矩形上，直到覆蓋整個(gè)源圖矩形，使得源圖矩形的CAD矢量元素分別落到了每個(gè)截圖框上。

4) 通過程序判斷，剔除掉不含任何矢量元素的截圖框，剩余的截圖框(含有矢量元素)即為初步獲得的分幅切圖。

5) 程序通過施工圖代表路由順序節(jié)點(diǎn)的編號大小，賦予剩余截圖框的排序編號，以此確定出截圖框的順序。

6) 允許人機(jī)交互，由設(shè)計(jì)人員判斷截圖框內(nèi)含矢量圖元素的豐滿程度，對截圖框高度或?qū)挾冗M(jìn)行調(diào)整(調(diào)小)。

7) 程序根據(jù)調(diào)整結(jié)果，可以自動(dòng)對2個(gè)以上的、連續(xù)的截圖框合并為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大小的截圖框，進(jìn)一步獲得最終的分幅切圖。

8) 程序根據(jù)第7步確定的標(biāo)準(zhǔn)截圖框的數(shù)量，生成相應(yīng)數(shù)量的打印圖框，打印圖框由指北針、信息表及展示區(qū)域組成，其中展示區(qū)域?qū)?yīng)截圖框的分幅切圖的矢量圖形。

9) 程序依次將每個(gè)截圖框內(nèi)容對應(yīng)地復(fù)制到打印圖框的展示區(qū)域，并設(shè)置打印圖框信息表的內(nèi)容。這樣就完成了整個(gè)施工圖自動(dòng)分幅的過程，獲得了有順序的、信息完整的、可直接輸出的打印圖框——也就是分幅出圖需要的最終結(jié)果。

圖1展示了自動(dòng)分幅步驟。

圖1 分幅切圖步驟

2 自動(dòng)分幅切圖的關(guān)鍵技術(shù)原理

2.1 獲取整幅施工圖矩形平面

獲取整幅CAD矢量施工圖矩形平面(即源圖矩形)的算法比較簡單，只需找到四個(gè)頂點(diǎn)就可以確定一個(gè)矩形。

遍歷源CAD矢量圖，以獲取整個(gè)CAD矢量圖中所有的矢量元素的坐標(biāo)點(diǎn)(X,Y)，對所有坐標(biāo)點(diǎn)的X坐標(biāo)及Y坐標(biāo)進(jìn)行比較，分別獲得X坐標(biāo)及Y坐標(biāo)的最小、最大值，確定了源圖矩形的四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)，獲得源圖矩形的寬度: 最小的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)minX、minY。即矢量圖左上坐標(biāo)A(minX,maxY),右上坐標(biāo)B(maxX,maxY),右下坐標(biāo)C(maxX,minY),左下坐標(biāo)D(minX,minY)。源圖矩形寬度sWidth為 maxX-minX，源圖矩形高度sHeight為 maxY-minY。

2.2 獲取截圖框平鋪覆蓋的數(shù)量

多個(gè)截圖框平鋪后的長度和寬度需要完全覆蓋源圖矩形，這樣才能完全分割源圖矩形的所有矢量元素。

因此算法說明如下：如果(源圖矩形寬度mod截圖框?qū)挾?>0，則：列數(shù)=源圖矩形寬度/截圖框?qū)挾?1，否則：列數(shù)=矢量圖寬度/截圖區(qū)域?qū)挾?；同理，如?源圖高度mod截圖框高度)> 0，則：行數(shù)=矢量圖高度/截圖區(qū)域高度+ 1，否則：行數(shù)=矢量圖高度/截圖區(qū)域高度。

2.3 截圖框排序

截圖框排序是為了最終輸出分幅打印圖框上的編號，并由此確定打印時(shí)的順序符合整幅施工圖的路由走向，是非常重要的操作。其詳細(xì)方法為：首先，依次遍歷每個(gè)截圖框內(nèi)所有的路由節(jié)點(diǎn)元素并獲得位置編號，選取位置編號最小的值代表該截圖框的順序號。然后，對所有截圖框按其順序號進(jìn)行排序，順序號越小，截圖框排序越靠前。最后，將沒有獲得順序號的截圖框排在最后。

2.4 截圖框合并

截圖框合并是使連續(xù)多個(gè)(兩個(gè)或以上)經(jīng)過調(diào)整(調(diào)小)的截圖框合并為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大小的截圖框，其目的是將多個(gè)矢量內(nèi)容較少的分幅合并為一個(gè)分幅，減少分幅的輸出打印，同時(shí)增加圖紙的可閱讀性和美觀度。根據(jù)圖紙輸出經(jīng)驗(yàn)，一般橫向內(nèi)容會(huì)多于縱向走向的內(nèi)容。因此，合并算法采用垂直合并優(yōu)先的方式。兩種合并方式的具體內(nèi)容如下：

垂直合并：當(dāng)連續(xù)兩個(gè)或以上截圖框的高度相加小于或等于標(biāo)準(zhǔn)截圖框高度乘以切圖縮放系數(shù)，則將連續(xù)的截圖框內(nèi)容從上到下復(fù)制到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)截圖框中。此標(biāo)準(zhǔn)截圖框的順序號取合并連續(xù)的截圖框中的最小編號，同時(shí)，將合并連續(xù)截圖框的順序號全置為-1，后續(xù)操作將不再使用。優(yōu)先采用垂直合并后，對相同的截圖框不再需要橫向合并。

橫向合并：當(dāng)連續(xù)兩個(gè)或以上截圖框的寬度相加小于或等于標(biāo)準(zhǔn)截圖框高度乘以切圖縮放系數(shù)，則將連續(xù)截圖框內(nèi)容從左到右復(fù)制到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)截圖框中，此標(biāo)準(zhǔn)截圖框的順序號取合并連續(xù)的截圖框中的最小編號，同時(shí)，將合并連續(xù)截圖框的順序號全置為-1。

上面算法用到的縮放系數(shù)，是用于控制合并后內(nèi)容的比例尺大小的一個(gè)范圍參數(shù)。例如，標(biāo)準(zhǔn)比例尺為1∶3 600，即1張A4紙橫向呈現(xiàn)約1 km，如使用0.8的縮放系數(shù)，則比例尺變?yōu)?∶4 500，1張A4紙橫向呈現(xiàn)約1.25 km。

3 自動(dòng)分幅切圖工具的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

3.1 自動(dòng)分幅切圖工具的軟件實(shí)現(xiàn)

AutoCAD從2010的版本起，提供了豐富的MicroSoft.NetAPI，主要封裝在acdbmgb.dll、acmgd.dll及AcCoreMgd.dll(2014版)中。.Net中編寫AutoCAD插件(AddIn)程序，是采用DLL項(xiàng)目的方式，只需在項(xiàng)目中引用這些相關(guān)dll，就可以通過.NetAPI訪問AutoCad提供的封裝的外包類。實(shí)際C#代碼中，還需要添加命名空間使用的語句，例如：

using Autodesk.AutoCAD.ApplicationServices;

using Autodesk.AutoCAD.DatabaseServices;

//用于當(dāng)前畫圖矢量圖形的存儲(chǔ)

using Autodesk.AutoCAD.Runtime;

//用于對接二次開發(fā)接口，進(jìn)行插件初始化

using Autodesk.AutoCAD.Geometry;

//構(gòu)建矢量圖形的基礎(chǔ)類，如圓、矩形、多邊形等

對于CAD矢量圖紙的程序，一般過程都是獲取CAD數(shù)據(jù)庫，依次打開塊表、塊表記錄，對實(shí)體進(jìn)行增刪改查的操作，在操作完后關(guān)閉相關(guān)的塊表、塊表記錄。

作為AutoCAD的插件，必須實(shí)現(xiàn)Autodesk.AutoCAD.Runtime的 IExtensionApplication接口及其包含的Initialize與Terminate兩個(gè)函數(shù)。其實(shí)質(zhì)是便于AutoCAD軟件進(jìn)行插件的發(fā)現(xiàn)、加載和清除。

另外，要達(dá)到菜單交互的效果，還需要引用AcCui.dll來實(shí)現(xiàn)自定義的插件菜單，以下為在AutoCad菜單欄加入一個(gè)面板的代碼：

Using Autodesk.AutoCAD.Windows.PaletteSet

PaletteSet myPaletteSet=new PaletteSet(″我的面板″);

基于上文的原理和算法，結(jié)合AutoCAD.NetAPI的二次開發(fā)能力，使用Visual Studio 2013 C#語言作為開發(fā)工具，在AutoCAD 2014實(shí)現(xiàn)了施工圖上自動(dòng)分幅切圖的插件。其主要功能是通過點(diǎn)選該插件上的菜單，可以打開已設(shè)計(jì)好的整幅施工圖，并通過插件菜單完成自動(dòng)生成截圖框切割圖紙、截圖框排序、調(diào)整(交互)、合并及打印圖框的生成。除截圖框需要人工做簡單調(diào)整外，整個(gè)分幅切圖的過程基本能自動(dòng)、快捷地完成。插件及截圖如圖2、圖3所示。

圖2 自動(dòng)分幅切圖插件實(shí)現(xiàn)

圖3 自動(dòng)分幅效果

3.2 自動(dòng)分幅切圖應(yīng)用效果

為檢驗(yàn)自動(dòng)分幅切圖工具的效果，從某規(guī)劃設(shè)計(jì)院選取了幾個(gè)有詳細(xì)進(jìn)行步驟工時(shí)記錄的管線規(guī)劃設(shè)計(jì)項(xiàng)目。這些項(xiàng)目發(fā)生在2015年6月到2017年6月，共計(jì)有約72個(gè)路由段施工圖設(shè)計(jì)任務(wù)，總長度約2 500 km，都記錄了分幅出圖步驟所使用的工時(shí)。

在72個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)中，隨機(jī)抽取了20個(gè)作為測試樣本。對這20個(gè)樣本采用自動(dòng)分幅切圖工具對CAD矢量施工圖進(jìn)行分幅切圖，并記錄耗時(shí)。表1為對20個(gè)樣本采用傳統(tǒng)方式和采用自動(dòng)分幅切圖工具分幅耗時(shí)的對比。

表1 傳統(tǒng)手工分幅與工具自動(dòng)分幅耗時(shí)對比

從表1可以清晰看到，采用自動(dòng)分幅切圖的平均耗時(shí)約為傳統(tǒng)手工分幅切圖耗時(shí)的1/5，大幅節(jié)省了施工圖分幅出圖的時(shí)間。

4 結(jié) 語

本文針對通信管線規(guī)劃設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中，施工圖紙分幅切圖手工操作效率低的問題，提出了一種可以對CAD矢量格式的大版幅通信線路施工圖進(jìn)行自動(dòng)分幅并輸出到標(biāo)準(zhǔn)圖框進(jìn)行打印的方法，并基于AutoCAD進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)研究。經(jīng)過實(shí)際的檢驗(yàn)測試表明，該方法可以大幅改進(jìn)傳統(tǒng)手工效率低的問題，提升施工圖紙的制作效率。研究的下一步工作，可以考慮將此方法的應(yīng)用推廣到通信管線的相近領(lǐng)域，如水利、電力等的施工圖使用。